太陽能收集組件、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】所公開的是一種用于收集入射的太陽能并且產(chǎn)生電力的太陽能收集組件。這樣的組件包括中心豎直取向的支撐柱。太陽能收集組件包括一個(gè)或多個(gè)雙面太陽能受體組件，每個(gè)太陽能受體組件具有上太陽能受體表面和下太陽能受體表面。中心豎直取向的支撐柱承載每個(gè)太陽能收集組件。太陽能收集器反射組件圍繞所述中心豎直取向的支撐柱，并且取向?yàn)榉瓷淙肷涞奶柲艿剿鎏柲苁占M件上。
【專利說明】太陽能收集組件、系統(tǒng)和方法
[0001 ]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2013年11月12日提交的序列號為61/902837的臨時(shí)申請的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及一種太陽能收集器，并且更具體地涉及一種改進(jìn)的太陽能收集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]從太陽落到地球表面上的能量的量是巨大的。地球上所有的煤、石油和天然氣礦藏中儲存的能量僅與來自20天的陽光中的能量相當(dāng)。在地球大氣之外，太陽的能量包含大約1300瓦特每平方米。這種光的大約三分之一的被反射回太空中，并且大氣層吸收了一部分(部分導(dǎo)致刮風(fēng))。當(dāng)它到達(dá)地球表面的時(shí)候，在晴天的中午，陽光中的能量下降到大約1000瓦特每平方米。對地球的整個(gè)表面平均，每天24小時(shí)持續(xù)一年，每平方米每年近似收集的能量幾乎等于一桶石油，或每天大約4.2千瓦時(shí)的能量。由于非常干燥的天氣和較少的云層覆蓋，沙漠接收最多的陽光-每天每平方米超過六千瓦時(shí)。北方氣候(諸如波士頓)得到接近3.6千瓦時(shí)。陽光還隨著季節(jié)變化，因而有些地區(qū)在冬天接收到的陽光非常少。例如，西雅圖在十二月僅得到大約0.7千瓦時(shí)每天。
[0005]還應(yīng)注意的是，這些數(shù)字代表可被采集和使用的最大可用太陽能，但是取決于太陽能收集器的效率，它們僅采集該能量的一部分。例如，在亞利桑那，效率是百分之十五的一平方米太陽能電池板會每天產(chǎn)生大約I千瓦時(shí)的電力。太陽能收集器受限于它們的收集面積;因此，為了實(shí)現(xiàn)真正商業(yè)規(guī)模的發(fā)電，做出大的太陽能收集器場站是必要的。
[0006]本公開解決了該限制等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]所公開的是一種用于收集入射的太陽能并且產(chǎn)生電力的太陽能收集組件。這樣的組件包括中心豎直取向的支撐柱。太陽能收集組件包括多個(gè)雙面受體組件，每個(gè)太陽能受體組件具有上太陽能受體表面和下太陽能受體表面。中心豎直取向的支撐柱支撐每個(gè)太陽能收集組件。太陽能收集器反射組件圍繞中心豎直取向的支撐柱，并且取向?yàn)榉瓷淙肷涞奶柲艿教柲苁占鹘M件上。
【附圖說明】
[0008]為了更全面地理解本方法和過程的性質(zhì)和優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述，其中:
[0009]圖1是拋物面太陽能收集器組件的等距視圖；
[0010]圖2是圖1的拋物面太陽能收集器組件的頂視圖；
[0011]圖3是沿圖1的線3-3獲取的剖視圖；
[0012]圖4是用于收集器塔(collectortower)的蓋組件的側(cè)視圖，所述收集器塔是圖1的拋物面太陽能收集器組件的一部分；
[0013]圖5是用于收集器塔的替代蓋組件的側(cè)視圖，所述收集器塔是圖1的拋物面太陽能收集器組件的一部分；
[0014]圖6是收集器塔的錐臺太陽能受體中的一個(gè)和支撐太陽能受體的支座的部分分解的剖視圖；
[0015]圖7是錐臺太陽能受體的背側(cè)，示出了正(+)和負(fù)(-)的焊盤連接器；
[0016]圖8是支座的底視圖，示出了對準(zhǔn)孔和+和-連接器焊盤；
[0017]圖9是示出了并聯(lián)表面電路的太陽能受體外覆錐臺的頂視圖；
[0018]圖10是不出了串聯(lián)表面電路的太陽能受體外覆維臺的頂視圖；
[0019]圖11是有并聯(lián)表面電路的圓錐形錐臺的頂視圖，其中，太陽能受體彎曲以形成圓錐形錐臺表面；
[0020]圖12是錐臺表面電路的并聯(lián)布線示意圖，既示出了頂部又示出了底部；
[0021]圖13是錐臺表面電路的串聯(lián)布線示意圖，既示出了頂部又示出了底部；
[0022]圖14是安裝到共同基座上的拋物面太陽能收集器模塊陣列的等距視圖；
[0023]圖15是太陽能塔陣列的等距視圖，其中，中心柱支撐多個(gè)水平拋物面太陽能收集器組件；以及
[0024]圖16是多個(gè)容納在殼體內(nèi)的豎直拋物面太陽能收集器組件的側(cè)視圖。
[0025]附圖將在下面更詳細(xì)地描述。
【具體實(shí)施方式】
[0026]所公開的太陽能收集器組件的特征在于，接受在其頂表面和其下表面兩者上的太陽能的多面太陽能受體；由此，增加了太陽能撞擊的區(qū)域而不消耗額外面積。這可以通過將多面太陽能受體相對于拋物面或也將入射太陽能反射到雙面太陽能受體的下表面的其他設(shè)計(jì)表面定向而實(shí)現(xiàn)。然后，太陽能撞擊所述多面太陽能受體組件的上表面和下表面兩者。所公開的太陽能電池組件的設(shè)計(jì)獨(dú)特性還在于，它能夠?qū)L(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)添加到太陽能電池組件，并且收集水用于額外用途。
[0027]太陽能模塊的基本部件如下:
[0028]A.包覆太陽能受體的垂直支撐柱，可選地有渦輪發(fā)電機(jī)(為現(xiàn)在的目的又稱氣動(dòng))；
[0029]B.多面太陽能受體組件；
[0030]C.拋物面太陽能反射組件；
[0031]D.有可選的過濾水儲箱的支撐基座；
[0032]E.與過濾水儲箱一起使用的可選的網(wǎng)格入口 ；
[0033]F.系統(tǒng)顯示器;和
[0034]G.電路，和電池和/或逆變器部件。
[0035]現(xiàn)在參考圖1、2和3，太陽能電池模塊原型被示出。所示出的原型的基本部件是太陽能收集器組件12和太陽能受體塔14。太陽能收集器組件12的設(shè)計(jì)是多種選擇中的一種，只要它的內(nèi)表面16是拋物面形狀的，使得反射到太陽能受體塔的太陽能14最大化;盡管在構(gòu)造本文所公開的太陽能模塊時(shí)也可能使用替代的曲線、分段式和其他幾何形狀。取決于太陽能受體塔14的取向和設(shè)計(jì)、塔的數(shù)量和它們的取向，不同形狀的內(nèi)表面可能對于太陽能收集器組件12是適當(dāng)?shù)?。?gòu)造太陽能收集器組件12的材料將適合于耐久、耐候性和類似因素，同時(shí)考慮太陽能收集器組件12還提供對太陽能受體塔14的支撐。然后，適當(dāng)?shù)牟牧?包括例如金屬、陶瓷、玻璃、塑料、它們的組合和類似物)可選地層疊并可選地有特殊飾面。不管構(gòu)造材料是什么，太陽能收集器組件12具有鏡面內(nèi)表面。實(shí)際上，太陽能收集器組件甚至可以是充氣式的。
[0036]太陽能收集器組件12的內(nèi)表面將是鏡面的，以便反射入射到其上的太陽能輻射。太陽能收集器組件12可以固有地是鏡面的，諸如通過由金屬(諸如鋁)制成，或可具有施加到其上的鏡面涂層17。這種鏡面涂層17可以是單個(gè)表面，或者它可以由幾個(gè)區(qū)段或面板制成。這些區(qū)段或面板在取向上可以是水平的或垂直的，并且通過硬件(例如，螺母和螺栓)保持在適當(dāng)位置，可以停靠在形成于太陽能收集器組件12的內(nèi)表面上的壁架上，或者以其他方式通過多個(gè)區(qū)段形成。這些區(qū)段甚至可以是線性的，而不是彎曲的，以便是近似拋物線形或其他曲線形狀，并找到本目的可接受的用途。
[0037]通過鏡面襯里，支撐鏡面襯里的結(jié)構(gòu)可以由多種耐久材料制成，諸如混凝土、木材、金屬、塑料、陶瓷、組合和類似物。鏡面襯里的使用可能使鏡面襯里的維護(hù)和更換更容易并且更成本效益，特別是在由面板形成時(shí)。當(dāng)然，太陽能收集器組件或更可能的太陽能收集器組件陣列的遠(yuǎn)程監(jiān)控可能具有優(yōu)勢。
[0038]因?yàn)樘柲苁占鹘M件12將位于陽光下，并且其內(nèi)表面將是鏡面的或由提供鏡面的材料制成，合理的是太陽能收集器組件12會變熱。因此，圖3顯示了形成在形成太陽能反射收集器組件12的壁內(nèi)部的流體管道18。水或其他流體可以通過流體管道18栗送，并且收集熱值以供使用。雖然太陽能反射收集器組件12可被設(shè)計(jì)成自支撐的(諸如所示出的)，將太陽能收集器組件12安裝在基座20上具有提供水或其他流體22的儲箱并且容納栗24的附加價(jià)值，所述水或其他流體22流過流體管道18，所述栗24用于栗送流體通過流體管道18。流體管道18中的水將提供對太陽能反射收集器組件12的制冷。
[0039]可以看出電引線19在其與基座20的連接處離開太陽能收集器反射組件12。對電路和連接的進(jìn)一步描述將在下面闡述。
[0040]圖4和圖5示出了太陽能受體塔14(在圖1中沒有示出蓋)的兩種不同的蓋組件。蓋的使用完全是可選的。在圖4中，蓋26具有安裝在其頂部上的太陽能受體28，用于產(chǎn)生額外的太陽能電力。在圖5中，豎直的風(fēng)力發(fā)電機(jī)30安裝在太陽能受體塔14的頂部上，同樣用于產(chǎn)生額外的電力?？梢詾樗?4設(shè)想各種不同的蓋組件，無論在產(chǎn)生額外電力上是主動(dòng)的或被動(dòng)的，或沒有如上所述的蓋。
[0041]在圖6中，太陽能受體塔14的太陽能受體組件中的一個(gè)的部分分解剖視圖被示出。應(yīng)該理解的是，太陽能受體組件可能不完全環(huán)繞塔14。在圖6中，有6個(gè)具有圖中所示的受體32A和32B的這樣的太陽能受體組件。這樣的太陽能受體組件的數(shù)量和位置可以比圖中所示的數(shù)目更多或更少。每個(gè)受體組件分別由其內(nèi)支撐件34A和34B組成，每個(gè)支撐件具有梯形形狀的頂表面和底表面。對于組件32A，內(nèi)支撐件34A和34B的頂表面和底表面包覆有太陽能受體36A和36B ；而對于組件32B是太陽能受體36C和36D。因此，每個(gè)太陽能受體可以是梯形的、圓形的或其他形狀的，如圖7中可見的，附圖中的原型是梯形的、楔形的，圖7也示出了位于太陽能受體36A下側(cè)的+和-的電連接。類似這樣的電連接將提供給安裝在塔14上的每個(gè)太陽能受體。
[0042]每個(gè)太陽能受體組件是由支座組件互連的，如在圖6中示出的。特別地，太陽能受體組件32具有貫通其中的中心孔。上支座38具有上外螺紋端部和下內(nèi)螺紋端部。支座38的下端包覆有太陽能受體，諸如太陽能受體40和41，并接收另一支座42的也包覆有太陽能受體44和45的上外螺紋端部。支座42的上外螺紋端部通過中心孔裝配在太陽能受體組件32中，并且旋擰到支座38的下內(nèi)螺紋端部。在圖8中，為支座42示出了 +和-電連接焊盤46和48，用于將每個(gè)太陽能受體組件所產(chǎn)生的電力傳送到收集點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，各種不同的組件可以設(shè)置用于形成塔14和用于承載太陽能受體組件。
[0043]圖9是示出并聯(lián)表面電路50和52的太陽能受體包覆錐臺的頂視圖，所述電路用于示出的6個(gè)六邊形太陽能受體組件。每個(gè)電路50和52連接到安裝在支座55的電連接焊盤51和53。圖10是示出串聯(lián)表面電路54-66的太陽能受體包覆錐臺的頂視圖，所述電路同樣用于示出的6個(gè)太陽能受體組件。每個(gè)電路同樣與由支座承載的電連接焊盤電連接，如本文前面所述。各電路的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，并且是設(shè)計(jì)者可以選擇的問題。例如，在錐臺的各面，太陽能電池可以如圖10所示地串聯(lián)連接，各面形成串。所述串然后可被并聯(lián)連接。取決于太陽能單元的大小，在面上可能有多個(gè)串。因此，太陽能組件的設(shè)計(jì)者對于電路有多種選擇，這是所公開的太陽能組件的額外優(yōu)點(diǎn)。
[0044]圖11是具有并聯(lián)表面電路68和70的圓錐形錐臺的頂視圖，其中太陽能受體彎曲到圓錐形錐臺表面的形狀。每個(gè)電路再次與由支座承載的電連接焊盤電連接，如本文前面所述。
[0045]圖12是用于多個(gè)受體組件的圓錐形錐臺表面的電路的并聯(lián)接線圖，既示出了頂部又示出了底部。所有電氣的正側(cè)通過線72并聯(lián)連接，同樣，所有電氣負(fù)側(cè)用線74并聯(lián)連接。圖13是用于多個(gè)受體組件的錐臺表面電路的串聯(lián)接線圖，既示出了頂部又示出了底部。在這種情況下，每個(gè)相鄰的電氣正極連接到相鄰太陽能受體的負(fù)極。
[0046]圖14是安裝在共同基座100上的拋物面太陽能收集器模塊76-98的陣列的等距視圖。圖15是太陽能塔陣列的等距視圖，其中，中心柱102支撐多個(gè)水平定向的拋物線形太陽能收集器組件，如通過太陽能受體塔104-110示出的。這樣的太陽能塔陣列可被安裝到基座，諸如本文前面所述的。圖16是容納在中心殼體124內(nèi)的多個(gè)豎直太陽能收集器組件112-122的側(cè)視圖。這樣的太陽能收集器組件的數(shù)量僅由殼體124的尺寸限制，這再次為這樣的陣列的設(shè)計(jì)者帶來了靈活性。
[0047]在具有上太陽能接受表面和下太陽能接受表面中重要的是，與拋物線形或其他設(shè)計(jì)的反射鏡面或鏡面協(xié)調(diào)地安裝雙面太陽能受體，使太陽能可以直接撞擊上太陽能接受表面，而反射鏡將導(dǎo)致太陽能撞擊雙面太陽能受體的下太陽能接受表面。如所提到的，各種曲線鏡面上、平坦鏡面或組合式曲線/平坦鏡面可以根據(jù)所公開的太陽能電池規(guī)程使用?？梢跃哂邪腌R面的上半球表面，從而允許從外部直接入射的太陽能的通過，同時(shí)提供附加的內(nèi)反射表面，以增加撞擊雙面太陽能受體的太陽能的量。
[0048]如果需要的話，中心柱可以覆蓋有附加的太陽能受體。中心柱的上端部也可以是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，并連接到布置在中心柱內(nèi)的驅(qū)動(dòng)軸。這樣的可轉(zhuǎn)動(dòng)上端可以被氣流驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生額外的電力，并且增加所公開的太陽能電池模塊可產(chǎn)生的電力總量。
[0049]因?yàn)樗_的太陽能電池模塊的一些配置將有易受雨淋的拋物面鏡，可以圍繞中心柱和鏡的接合處做出放置網(wǎng)格的構(gòu)造，所述網(wǎng)格用于過濾雨水并允許雨水流過到基座儲箱內(nèi)，用于雨水的收集和再利用。當(dāng)然，所公開的太陽能電池模塊將具有用于維護(hù)和數(shù)據(jù)收集的讀數(shù)顯示器。根據(jù)需要將設(shè)置逆變器、電池和其他部件，以用于收集所生成的電力。
[0050]雖然設(shè)備和方法已參照各種實(shí)施例進(jìn)行描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，可以作出各種改變，并且可以以等同物替代其元件，而不脫離本公開的范圍和實(shí)質(zhì)。此外，可作出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本公開的教導(dǎo)而不偏離其實(shí)質(zhì)范圍。因此，意圖是本公開不限于所公開的具體實(shí)施例，而是本公開將包括落入所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的所有實(shí)施例。在本申請中，除非另有明確說明，所有的單位為公制，并且所有的量和百分比都是按重量計(jì)的。另外，本文提及的全部引文通過引用明確并入本文。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于收集入射的太陽能并且產(chǎn)生電力的太陽能收集組件，其包括: (a)中心豎直取向的支撐柱； (b)太陽能收集組件，其包括一個(gè)或多個(gè)雙面太陽能受體組件，每個(gè)太陽能受體組件具有上太陽能受體表面和下太陽能受體表面，所述太陽能收集組件通過所述中心豎直取向的支撐柱承載;以及 (C)太陽能收集器反射組件，其圍繞所述中心豎直取向的支撐柱，并且取向?yàn)榉瓷淙肷涞奶柲艿剿鎏柲苁占M件上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件，其中，每個(gè)太陽能受體組件包括具有上表面和下表面的楔形支撐件，每個(gè)上表面和下表面具有附著到其上的太陽能受體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件，其中，所述中心豎直取向的支撐柱具有附著到其上的太陽能受體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件，其中，每個(gè)太陽能受體采用串聯(lián)、并聯(lián)或組合式電連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件，其中，所述太陽能受體與電池、逆變器或其組合電連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件，其中，所述太陽能收集器反射組件具有形成在其中的流體導(dǎo)管。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能模塊收集組件，其安裝到具有儲箱的基座，所述儲箱與所述太陽能收集器反射組件的流體導(dǎo)管流體連通。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件，其中，所述中心豎直取向的支撐柱在其頂部用太陽能反射表面或風(fēng)力渦輪機(jī)蓋住。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊收集組件的陣列。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陣列，其容納在中心殼體內(nèi)。11.一種承載多個(gè)水平安裝的根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能模塊的豎直取向的中心柱，所述中心柱位于環(huán)繞的太陽能收集器反射組件中，所述太陽能收集器反射組件取向?yàn)榉瓷淙肷涞奶柲艿剿鲋行闹稀?2.—種從太陽能收集器組件產(chǎn)生電力的方法，其包括以下步驟: (A)提供太陽能模塊收集組件，包括: (a)中心豎直取向的支撐柱； (b)太陽能收集組件，其包括一個(gè)或多個(gè)雙面太陽能受體組件，每個(gè)太陽能受體組件具有上太陽能受體表面和下太陽能受體表面，所述太陽能收集組件通過所述中心豎直取向的支撐柱承載;以及 (C)太陽能收集器反射組件，其圍繞所述中心豎直取向的支撐柱，并且取向?yàn)榉瓷淙肷涞奶柲艿剿鎏柲苁占M件上。 (B)將所提供的太陽能模塊收集組件暴露于太陽能;并且 (C)存儲或使用由此產(chǎn)生的太陽能中的一種或多種。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，每個(gè)太陽能受體組件由具有上表面和下表面的楔形支撐件，并且將太陽能受體附著到每個(gè)所述上表面和下表面上而形成。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將太陽能受體附著到所述中心豎直取向的支撐柱的步驟。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括采用串聯(lián)、并聯(lián)或組合式中的一種或多種電連接每個(gè)太陽能受體的步驟。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能模塊收集組件，還包括將所述太陽能受體與電池、逆變器或其組合其中的一種或多種電連接的步驟。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能模塊收集組件，還包括在所述太陽能收集器反射組件中設(shè)置流體導(dǎo)管的步驟。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能模塊收集組件，還包括安裝具有儲箱的基座，并且將所述太陽能收集器反射組件的流體導(dǎo)管與該儲箱連通的步驟。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能模塊收集組件，還包括在所述中心豎直取向的支撐柱的頂部用太陽能反射表面或風(fēng)力渦輪機(jī)蓋住該中心豎直取向的支撐柱的步驟。20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能模塊收集組件，還包括提供它的陣列的步驟。
【文檔編號】F24J2/07GK105874286SQ201480062065
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年11月7日
【發(fā)明人】C.N.薩內(nèi)斯
【申請人】Asm Ip控股有限責(zé)任公司